La comunidad de la física de partículas ha entrado en una nueva era crítica con la puesta en marcha del Gran Colisionador de Hadrones. El LHC ha cruzado la frontera de la energía y los primeros resultados están empezando a salir. En última instancia, el LHC permitirá a los científicos probar las leyes de la física en formas nuevas y potencialmente puede revelar nuevos fenómenos misteriosos, lo que indica que nuestra comprensión actual de la naturaleza es incompleta. Dentro del próximo año, el LHC podría descubrir las primeras firmas de nuevas partículas, nuevas simetrías o incluso las dimensiones extra del espacio-tiempo. Los datos recogidos pueden resolver enigmas pendientes en la física o revelar nuevos misterios.
El conocimiento físico de las partículas elementales se incluye en el Modelo Estándar de la física de partículas, que en la actualidad describe casi todo lo que hemos visto. Sin embargo, hay pruebas convincentes de que el modelo estándar no puede ser la descripción completa de la naturaleza. Por ejemplo, a pesar de todos sus éxitos, el Modelo Estándar describe sólo el 20 por ciento de la masa del Universo. El ochenta por ciento de la masa que se conoce como "materia oscura", que nunca se ha observado directamente, y no se sabe prácticamente nada.
Otro misterio del Modelo Estándar es que normalmente predice que las masas de todas las partículas son increíblemente fuertes. Para obtener la masa de las partículas observadas, los parámetros de la teoría tienen que ser cuidadosamente equilibrados -con una precisión de una parte en 1032-con el fin de sumar muchas grandes contribuciones y obtener una respuesta pequeña. La probabilidad de que esto ocurra al azar es como las posibilidades de ganar la lotería de California cuatro veces seguidas! Hemos visto anteriormente estas afinaciones absurdas en las teorías, y casi siempre indican que algún mecanismo físico está causando el delicado equilibrio de los parámetros. El LHC está diseñado para descubrir la causa de este ajuste fino de los parámetros del Modelo Standard. Por supuesto, no sabemos qué mecanismo resuelve este problema de puesta a punto, pero numerosas teorías se han desarrollado durante los últimos 30 años.
La principal de estas nuevas teorías es la supersimetría, la teoría de que duplica el número de partículas de la naturaleza y cambia su giro de ser un número entero a medio entero o viceversa. Por ejemplo, el gluón es una partícula del Modelo Estándar que media la fuerza nuclear fuerte y tiene un espín de 1. El superpartner del gluón es el gluino, que tiene un spin de 1/2. Las teorías supersimétricas también incluyen una partícula natural que podría ser la materia oscura del universo y es típicamente el superpartner del fotón, algunas veces llamado el fotino. Si existe, el fotino sería casi invisible y estable. Los fotinos podrían invadir el Universo, con 1000 fotinos pasando a través de una persona cada segundo.
El LHC está actualmente en ejecución con una energía de 7000 GeV, sólo la mitad de su energía de diseño. Sin embargo, esto sigue siendo más de 3,5 veces la energía del Tevatron en el Fermilab. Al ampliar la frontera de la energía pronto permitirá la producción de nuevas partículas que antes estaban ocultas, y aun con una modesta cantidad de datos, los descubrimientos son posibles. En el grupo de teoría de SLAC, parte del trabajo es ayudar a estimar la eficacia del primer año del LHC en el descubrimiento de nuevas partículas como el gluino.
El gluino es una de las partículas más espectaculares que podrían producirse en el LHC. Los gluinos se pueden producir en pares cuando dos gluones de losprotones que chocan en el LHC interactuan. Después que los gluinos se producen, la mayoría de las teorías de supersimetría predicen que se desintegrarán en un fugaz momento de 10-24 segundos produciendo quarks y un fotino. El fotinos sale fuera del LHC sin ser detecado, pero su presencia puede ser inferida por la determinación de la energía que falta en las secuelas de la colisión. Los quarks se espera que produzcan un chorro de partículas de interacción fuerte al salir de la región y la interacción puede ser reconstruida como "jets". Por lo tanto, la firma de la producción de gluinos en el LHC serían eventos anómalos con múltiples jets y energía faltante.
El principal desafío en el descubrimiento del gluino es evitar confundir algo en el modelo estándar a favor del gluino y al mismo tiempo garantizar que no desestima gluinos como propiedades inusuales del Modelo Estándar. Descubrir nuevas partículas es un reto que requerirá una estrecha colaboración entre los experimentadores y los teóricos en la comunidad de la física de alta energía. Los estudios preliminares indican que el año que viene promete cosas increíbles. Para establecer el escenario, con los datos de los últimos 10 años de funcionamiento del Tevatron, los físicos han sido capaces de impulsar el potencial de descubrimiento para gluinos de las masas de 280 GeV hasta 440 GeV. Los datos del año que viene ejecutando el LHC será suficiente para descubrir gluinos con masas de hasta 800 GeV. Estamos estudiando otras teorías que tienen firmas similares a gluinos y hemos encontrado que el LHC duplica su potencial de descubrimiento. Todo esto indica que en el próximo año el LHC volverá a reescribir lo que sabemos sobre la física que nos lleva más allá del Modelo Estándar de física de partículas.
Fuente:
From the Theory Group:Anticipating the First Steps Beyond the Standard Mode (SLAC)
Imagen superior:
Tunel del LHC. Crédito: CERN.
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